城市高架桥梁横向预应力钢束布置研究

于微微 冯家骏 王汉席 王龙伟 吴宜凤

(1.长春市海威市政工程设计有限公司，吉林 长春 130062； 2.长春建业集团有限公司，吉林 长春 130000)

城市高架桥梁横向预应力钢束布置研究

于微微1冯家骏2王汉席1王龙伟1吴宜凤1

(1.长春市海威市政工程设计有限公司，吉林 长春 130062； 2.长春建业集团有限公司，吉林 长春 130000)

结合工程实例，对高架桥横向预应力布置的方法开展了研究，分析了钢束布置偏上、布置在截面中心以及布置偏下三种方式的合理性，提出在支点处采用下弯预应力钢束形式，达到降低钢束正弯矩的目的，进而满足A类预应力混凝土构件的抗裂性要求，降低工程成本。

高架桥梁，预应力混凝土，钢束布置，抗裂性

城市交通的发展，促进了高架桥梁修建。为满足桥上和桥下行车空间的功能和外观造型美观的需要，以及与周围的建筑环境相协调，城市高架桥梁大多采用单箱多室大挑臂的结构形式[1,2]。为了满足大挑臂的受力要求，需要对桥梁施加横向预应力[3,4]。一般桥面板计算可在箱梁的跨中部分截取单位长度的梁段，在横向按框架进行计算，在主梁的每个腹板位置设置约束[5,6]。对于桥梁单箱多室结构，因约束较多，横向预应力钢束的布置比较困难。在以前的设计中，桥面板部分单元一般都无法满足桥涵设计规范[7]6.3抗裂验算中A类预应力混凝土构件的抗裂性要求[8]。综合考虑桥梁箱梁和墩台结构形式特点，从抗裂要求的角度分析研究[9]，将具有重要意义。本文以长春市两纵两横高架桥具体工程实例为背景，介绍一种高架桥横向预应力布置的方法，在桥面板部分单元满足A类预应力混凝土构件抗裂性要求的同时，降低工程成本。

1 高架桥梁结构布置及计算模型选择

长春市两纵两横高架桥，标准段宽度25 m，横断面布置为单箱5室的大挑臂结构形式，两侧悬臂板长3 m，标准段主梁高2 m,横断面布置如图1所示。

从箱梁的跨中部分截取1 m长度的梁段，在横向按框架进行计算，在主梁的每个腹板位置设置约束。采用Midas Civil 2010建立模型如图2所示。

2 高架桥梁初始横向预应力钢束布置

2.1 钢束布置偏上

最初在进行横向预应力钢束布置的时候[10-12]，做法和以往的设计一样。桥面板横向预应力钢束沿桥梁纵向每隔0.5 m布置一束，每束采用4φs15.2的高强度低松弛预应力钢绞线，在箱室部分钢束布置偏上，钢束线形为直线，具体布置如图3所示。预应力钢束坐标见表1。

表1 预应力钢束坐标(一) m

这种钢束布置方式，在作用长、短期效应组合下，桥面板各截面大部分截面拉应力都超过了规范规定的数值，在悬臂根部的9单元最大拉应力达到了-3.905 MPa，根本无法满足规范对预应力混凝土A类构件的抗裂性要求。

2.2 钢束布置在截面中心

第一种情况钢束布置的比较偏上，使顶板与腹板连接部位单元的下缘拉应力很大，应该把钢束位置向下调整，移到截面中心，在箱室部分钢束仍然按照直线形式布置，预应力钢束坐标见表2。

表2 预应力钢束坐标(二) m

在作用长、短期效应组合下，虽然正截面拉应力有所减小，但是改善不多，大部分截面拉应力也都超过了规范规定的数值，在第二个支点根部的14单元最大拉应力达到了-3.514 MPa，这种钢束布置形式也不能满足规范要求。

2.3 钢束布置偏下

钢束继续下移，把钢束位置调整到截面中心偏下，在箱室部分钢束还按照直线形式布置，预应力钢束坐标见表3。钢束偏下布置。

表3 预应力钢束坐标(三) m

在作用长、短期效应组合下，拉应力仍然很大，在第二个支点根部的14单元最大拉应力达到了-3.469 MPa。

从以上三种情况可以看出，支点附近截面下缘的拉应力都很大，正截面抗裂性都不能满足规范要求。在箱室部分预应力钢束从上边一直移到下边，可是支点附近截面下缘的拉应力并没有多少改善[18]。通过研究分析预应力钢束产生的一、二次弯矩，发现钢束布置偏上时，一次正弯矩较大，但二次弯矩的数值是负的，一、二次弯矩叠加后的结果变小。钢束布置偏下时，一次正弯矩减小，但是二次弯矩的数值由原来的负值变成了正值，一、二次弯矩叠加后的总弯矩与钢束布置偏上时的结果比较减小很少，所以抗裂性都不能满足要求。这说明在箱室部分钢束按直线形式布置是不可行的。这与普通连续梁有所区别，普通连续梁钢束在支点位置布置在上边，但是由于本梁在支点位置截面变化过快，所以支点截面下缘拉应力太大，钢束在支点附近必须下弯。

3 高架桥梁最后横向预应力钢束布置

通过以上分析可知，支点附近截面下缘的拉应力大，这是由于预应力钢束在这个位置产生的正弯矩大引起的。为了减小预应力钢束产生的正弯矩，在支点处将预应力钢束下弯，钢束布置形状如图4所示，预应力钢束坐标见表4。

在作用长、短期效应组合下，桥面板各截面应力如图5所示。大部分截面拉应力都满足规范规定的数值，只有7，8单元由于结构布置的原因，长期作用下拉应力为-1.269 MPa，超过了规范要求，但数值不大，不影响结构使用。

表4 预应力钢束坐标(四) m

4 结语

1)虽然单箱多室箱梁桥面板的预应力钢束布置比较困难，但是通过研究分析采取合理的方法还是可以使布置的钢束满足截面的抗裂性要求。

2)本文提出的钢束布置方法对于城市高架桥梁设计中常用的单箱多室大挑臂结构的横向预应力钢束布置具有很好的借鉴作用。

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Research on lateral prestressed tendon arrangement of urban viaduct

Yu Weiwei1Feng Jiajun2Wang Hanxi1Wang Longwei1Wu Yifeng1

(1.ChangchunHaiweiMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd,Changchun130062,China;2.ChangchunJianyeGroupCo.,Ltd,Changchun130000,China)

Combining with the engineering examples, the paper researches from the lateral prestressed arrangement methods for the viaducts, analyzes the reasonability from the upper tendon arrangement, arrangement at the center of the section, and lower arrangement, points out the adoption of the bending prestressed tendon to lower the tendon sagging moment to meet the crack resistance of the type A prestressed concrete components and lower engineering cost.

viaduct, prestressed concrete, tendon arrangement, crack-resistance

2015-05-23

于微微(1984- )，女，工程师； 冯家骏(1980- )，男，工程师； 王汉席(1978- )，男，高级工程师； 王龙伟(1982- )，男，工程师

1009-6825(2015)22-0179-03

U448

A